大龙潭水电站电气一次设计

何锴君，余位权，何 科

(1.贵州省水旱灾害防御中心，贵州？贵阳，550002；2.贵州省水利投资集团有限责任公司黔中分公司，贵州？贵阳，550002；3.铜仁供电局，贵州？铜仁，554300)

1 工程概况

大龙潭水电站工程位于云南省楚雄州大姚县赵家店乡，主厂房位于瀑布下游约750 m的左岸坡脚(大龙潭村对岸坡脚)，该位置为“上陡下缓”地形，距赵家店乡乡政府下游大约2.5 km。大龙潭水电站为引水式电站，坝址与厂房之间是大姚县八大旅游景区之一——“三潭”瀑布。坝址位于厂房上游约2.3 km，赵家店乡下游450 m。坝址正常蓄水位1 708.00 m，相应库容1.7万m3，校核洪水位1 713.54 m。电站采用引水地面式厂房，厂房内安装2台容量为6 000 kW的水轮发电机组，总装机容量为12 000 kW；电站年利用小时数为4 510 h，功率因数为0.8。

根据电站装机规模、地理位置及其在电力系统中所处的作用等因素，本电站与电力系统的连接方式为：以一回35 kV线路接于110 kV大姚县中心变电站35 kV母线上，输送容量为12 MW，输送距离大约为20 km；另预留一回。

2 电气主接线方案

根据电站装机规模及初定的接入系统方案，按照接线简单清晰、技术先进、经济合理及便于分期过渡的原则，结合本电站实际情况，对电气主接线进行以下2个方案的技术经济比较。

2.1 方案一：采用扩大单元接线

主变为1台容量为16 000 kVA的双线圈无载调压变压器，电压等级为38.5±2×2.5%/6.3 kV。设2台厂用变压器，单台容量为250 kVA，其中1台厂用变压器接自6.3 kV母线，另一台厂用变压器接自35 kV母线，35 kV高压开关设备考虑为户内布置。此方案的优点为接线简单、清晰，操作方便。仅用1台主变压器，其相应的高压侧设备少，35 kV高压开关设备安全可靠性较户外布置高，占地面积小，综合投资较小，但其供电可靠性较低，小负荷时空载损耗大。

2.2 方案二：2台发电机与2台主变接线方式为单元接线

2台主变容量均为8 000 kVA双圈变，高压侧接至35 kV；升高电压侧接线均采用单母线组接线方式。设2台厂用变压器，容量为250 kVA，分别接至1、2号机的6.3 kV母线上。此方案的优点为当1台主变故障时，不导致全厂停电，可靠性较高；缺点是综合投资高。

综上所述，在主变故障的情况下，方案一会导致电能无法送出，但考虑到该电站装机容量较小，主变检修可放在枯水期进行，停电损失小，且综合投资方案一少39万元；故推荐该电站电气主接线方案为方案一接线。

3 短路电流及主要电气设备选择

3.1 短路电流计算

根据本电站的接入电力系统方式，短路电流计算为以大姚县中心变电站35 kV母线侧为无穷大系统，结合发电机及主变的运行参数，根据业主提供的35 kV侧母线短路容量及正序、零序阻抗数据完成计算。短路电流计算示意图如图1所示。

选取Sj=10 MVA，Uj=Uav为基准值。经计算，XG1*=XG2*=0.267；XB*=0.04；XL*=0.053；短路电流计算结果见表1。

表1 短路电流计算成果表

3.2 主要电气设备选择

根据短路电流计算结果以及本电站35 kV出线的布置方式选择电气设备，主要电气设备根据技术先进、经济合理、运行维护方便和安全可靠的原则进行选择，符合有关规程、规范的要求，并能满足设备本身的要求。电站主要电气设备参数如表2所示。

表2 电站主要电气设备参数表

4 电气设备布置

本电站为引水地面式厂房，考虑到电站地势比较狭窄，不利于土建开挖，故主、副厂房为“一字型”布置。主厂房长为33 m，宽为14 m，2台机组间距为11 m，在发电机层(高程为1406.20 m)每台发电机机组上游侧机组段各布置4块机旁屏，机旁屏包括2块励磁屏、1块测温制动屏和1块机组LCU屏。副厂房右靠主厂房布置，仅为1层。高程为1 406.20 m，长为49.1 m，宽为9.2 m，高为5 m，分别布置有35 kV高压开关柜室、6.3 kV高压开关柜室、仪器仪表室、厂用变及励磁变室、中控室、通信室及交接班室。由于35 kV侧电气设备采用的是户内布置，故不考虑设升压站，只需在6.3 kV高压开关柜室外面布置1台型号为S10—16 000 kVA的双圈变压器；变压器下设储油坑，并铺设厚度不小于250 mm的鹅卵石，油坑内设有排油管直通设在附近的事故油池。变压器四周设置固定式水喷雾灭火装置。35 kV出线则从35 kV高压开关柜室外引出，平台上放置有耦合电容器和避雷器。根据其他专业意见，本电站坝区用电输电距离较远，故不考虑坝区用电设备。

5 电站厂用电及坝区用电

厂用电接线采用从发电机出口6.3 kV母线引接1台容量为250 kVA的干式变压器作为厂用电源；另一厂用电源从35 kV母线引接，选用1台容量为250 kVA的油浸式变压器，2台厂变互为明备用。

电站厂用电400 V采用机组自用电和全厂公用电混合的供电方式。厂用电设计为单母线形式，正常情况下由引接至发电机母线上的厂用变压器供电；当该台厂用变压器故障时，备自投装置将自动投入另一台引接自35 kV母线上厂用变压器运行，以承担全厂厂区负荷。

由于坝区离厂房直线输电距离大约有2 km，综合其他专业意见，故坝区的用电电源不由厂用电供给，而从附近农村电网接入；但考虑到坝区有泄洪要求，在坝区配电房设置1台50 kW柴油发电机组作为坝区负荷的备用电源，以供紧急情况下使用，提高坝区用电的可靠性。压力前池用电电源根据其他专业的意见，不由厂用电供给，因为压力前池启闭机为手动式。

6 照 明

为确保电站内重要部位正常生产、检修、维护、事故处理的进行，全厂照明设置工作照明和事故照明两个系统。照明配电盘布置在继电保护室内，照明配电网络主要采用树干式配电。

工作照明是水电站各工作场所在正常工作时需要的一种照明装置，采用交流380/220 V三相五线制。照明负荷根据场所的用途，分别设置照明配电箱。

事故照明是当工作照明发生故障中断时，用来给值班人员继续工作和疏散用的照明装置，采用交、直流供电方式，直流经过逆变电源供电。事故照明接线采用单母线双电源自动切换接线，正常情况下，事故照明系工作照明的一部分，并由交流电源供电；当发生电站停电事故时，由事故照明切换装置自动切换到逆变电源供电，以确保电站事故处理和人员疏散。

按照合同技术规范提出的要求和有关标准，对下列主要区域所考虑的代表性最低照度水平如表3所示。

表3 主要工作场所最低照度表

主厂房发电机层属于高大厂房，且为中央生产场所，照度要求高，检修更换灯泡困难，故采用大功率、高光效、寿命长的金属卤化灯作为工作照明方式。为了补充机旁盘照度，在盘后安装无眩光荧光灯，使照度均匀，光线柔和，且有较高显色指数。在中控室、继电保护室和计算机室布置有DLP屏，计算机及重要控制设备对室内照度要求较高，须光线柔和、无阴影、无眩光、显色性好，并要求在盘面上的垂直照度和水平照度相差不大。结合建筑吊顶装修，布置格栅式无眩光荧光灯，并选用部分作为事故照明，使整个环境显得和谐舒适。

主副厂房的其他场所根据其不同功能，采用工厂灯或荧光灯。辅助生产房间及办公室以荧光灯照明为主，透平油库及油处理室为满足防火要求采用防爆灯具。在主、副厂房的主要通道及安全出口等处安装诱导标志灯和事故门灯，在厂区四周及停车场采用高压钠灯路灯照明。

7 电站绝缘配合、防雷和接地设计

电站绝缘配合、防雷和接地设计按照《水力发电厂过电压保护和绝缘设计技术导则》(DL/T 5090—1999)要求进行设计。35 kV配电装置主要布置在户内，故不需要采用避雷针作为防直击雷保护，只需在主、副厂房屋顶敷设避雷带作为防直击雷保护。主变场装设单根18 m的避雷针作为防直击雷保护。在每台发电机出口、6.3 kV母线以及主变的低压侧各装设1组避雷器。在35 kV线路侧配置1组避雷器，35 kV架空输电线路电站以外2 km架设避雷线。在35 kV引出线出口处各装1组氧化锌避雷器，对主变压器和电气设备均能起到防雷侵入波保护。35 kV主变压器中性点采用不接地方式。

电站35 kV系小电流接地系统，对不同用途和不同电压的电气设备的接地均使用一个统一的接地网，其总接地电阻值要求不大于4 Ω。电站主接地网由自然接地体和人工接地体两部分组成。为有效降低接地电阻值，电站接地网的布置首先尽可能充分利用自然接地体，如引水系统的钢管和钢筋、供排水管、机组蜗壳、尾水管、进水口拦污栅、各种闸门、水工建筑物的金属构架等，并在此基础上再敷设1个人工接地装置，在尾水渠及附近敷设水下接地网，以降低全站接地电阻。在厂房附近设置一定数量的垂直接地极，共同构成1个人工接地网。自然接地体和人工接地网之间至少用2根接地干线连接，干线为截面不得小于50 mm×5 mm的扁钢或直径18 mm的圆钢，以构成全厂接地系统。

全站所有电气设备均就近与接地干线连接，所有金属结构件均与接地网连接，各接地网之间分别通过钢管、扁钢、钢筋焊接连接。在电站主副厂房、主变场布置各级电压的电气设备，均与明敷或者暗敷成闭合回路的水平接地干线相连接。各建筑物层的水平接地网间通过多根垂直接地干线连成一体，并与主接地网连接，重要电气设备的工作和保护接地干线的连接不少于两处。

主、副厂房为钢筋混凝土结构，在结构钢筋中沿厂房柱内每隔5 m距离选定1根垂直钢筋与房顶及地板内表层水平钢筋焊牢，从而形成1个屏蔽网，且与接地干线连接，使整个结构电位均衡。另外，还应在房顶敷设均压网。